Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Lào Cai tham dự Hội nghị trực tuyến toàn quốc quán triệt, triển khai Khung kiến trúc tổng thể quốc gia số

Lào Cai tham dự Hội nghị trực tuyến toàn quốc quán triệt, triển khai Khung kiến trúc tổng thể quốc gia số

Sáng 15/9, Văn phòng Chính phủ tổ chức Hội nghị trực tiếp kết hợp trực tuyến toàn quốc nhằm phổ biến, quán triệt và triển khai Quyết định số 1425/QĐ-TTg ngày 29/7/2026 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Khung kiến trúc tổng thể quốc gia số (phiên bản 1.0). Đồng chí Hồ Quốc Dũng - Phó Thủ tướng Chính phủ chủ trì tại điểm cầu Trụ sở Chính phủ.

Tăng tốc chuyển đổi số ngành y tế: Giảm thủ tục, nâng chất lượng điều trị

Tăng tốc chuyển đổi số ngành y tế: Giảm thủ tục, nâng chất lượng điều trị

Chuyển đổi số đang từng bước đi vào hoạt động khám, chữa bệnh tại Lào Cai, từ đăng ký, tiếp đón người bệnh đến quản lý hồ sơ, kết nối dữ liệu và hỗ trợ chuyên môn. Công nghệ đang góp phần rút gọn thủ tục, giảm thời gian chờ, đồng thời cung cấp nguồn dữ liệu chính xác để bác sĩ nâng cao chất lượng chẩn đoán, điều trị ngay từ tuyến cơ sở.

Đưa chuyển đổi số trở thành nhu cầu

Đưa chuyển đổi số trở thành nhu cầu

Chuyển đổi số đang mở ra phương thức mới trong quản trị, phát triển kinh tế và nâng cao chất lượng giáo dục. Với giáo dục đại học, đó không chỉ là yêu cầu đổi mới phương pháp dạy và học, còn tác động trực tiếp đến cách thức quản lý, điều hành, khai thác dữ liệu và phục vụ người học.

Ứng dụng số trong truyền thông tại cơ sở

Ứng dụng số trong truyền thông tại cơ sở

Ứng dụng công nghệ số, phát triển nội dung đa phương tiện trên các nền tảng và truyền thanh thông minh đang được nhiều địa phương ở tỉnh triển khai nhằm nâng cao chất lượng tuyên truyền tại cơ sở.

Đặt lên bàn cân iPhone 18 Pro 1TB và 18 Pro Max 1TB: Chênh lệch có đáng để lên đời?

Đặt lên bàn cân iPhone 18 Pro 1TB và 18 Pro Max 1TB: Chênh lệch có đáng để lên đời?

iPhone 18 Pro 1TB và iPhone 18 Pro Max 1TB có nhiều điểm tương đồng về phần cứng, nổi bật với chip A20 Pro và hệ thống camera 48MP Pro Fusion. Sự khác biệt chủ yếu tập trung ở kích thước, trọng lượng, màn hình, thời lượng pin và giá bán. iPhone 18 Pro phù hợp với người đề cao sự gọn nhẹ, trong khi Pro Max dành cho nhu cầu sử dụng màn hình lớn và thời gian hoạt động dài hơn.

Nóng: iPhone Duo chính thức lộ diện, "trùm cuối" mới thay thế 18 series năm nay

Nóng: iPhone Duo chính thức lộ diện, "trùm cuối" mới thay thế 18 series năm nay

iPhone Duo đã chính thức xuất hiện cùng iPhone 18 Series, nhưng điểm đáng chú ý không nằm ở việc Apple tạo thêm một phiên bản cấu hình cao. Đây là chiếc iPhone gập đầu tiên, mở ra cách sử dụng khác hẳn thiết kế dạng thanh quen thuộc. Vì vậy, “trùm cuối” năm nay nên được hiểu là vị trí sản phẩm nổi bật nhất về trải nghiệm, thay vì mẫu máy thay thế hoàn toàn dòng iPhone 18.

Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy Hoàng Giang: Khẩn trương, quyết liệt đẩy nhanh tiến độ thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi số trong các cơ quan Đảng

Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy Hoàng Giang: Khẩn trương, quyết liệt đẩy nhanh tiến độ thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi số trong các cơ quan Đảng

Chiều 9/9, đồng chí Hoàng Giang - Phó Bí thư Thường trực Tỉnh ủy, Chủ tịch HĐND tỉnh, Phó Trưởng Ban Thường trực Ban Chỉ đạo về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số tỉnh đã chủ trì buổi làm việc về tình hình triển khai thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị trong các cơ quan Đảng.

fb yt zl tw